基於糾纏態的無線量子通信網路組網與路由問題研究

《基於糾纏態的無線量子通信網路組網與路由問題研究》是依託東南大學，由王侃擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：基於糾纏態的無線量子通信網路組網與路由問題研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：王侃
• 依託單位：東南大學

中文摘要

無線量子通信網路是實現安全量子信息傳輸的重要途徑之一，是未來網路重要組成部分，目前研究尚處於起步階段。可靠有效的組網與路由協定是網路能運行的前提，本項目擬開展對基於糾纏態無線量子通信網路組網和路由相關問題的研究，探索系統組網傳輸方案。首先將根據網路信道和傳輸特徵，構建普適性無線量子通信網路模型，並對各元素間關係進行精確且簡潔的數學表述。其次利用逾滲模型分析糾纏粒子對產生和分發速率以建立糾纏粒子對在網路中傳輸的模型，並最最佳化節點分布以構建可靠穩定的無線量子通信網路。最後結合量子傳輸方案運用多目標最佳化方法，提出適應無線量子通信網路多信道並存拓撲複雜等網路特徵的路由協定，實現網路中量子信息的高效傳輸。本項目預期獲得較為完整組網和路由方案，為將來構建大規模無線量子通信網路進行必要的理論探索和技術儲備。預計發表高水平學術論文8篇以上，其中SCI檢索論文6篇以上，申請發明專利3項以上。

結題摘要

作為未來網路重要組成部分，無線量子通信網路是實現安全量子信息傳輸的重要途徑。本項目研究基於糾纏態的無線量子通信網路組網和路由相關問題，從基於糾纏態的無線量子通信網路模型研究，有效量子傳輸網路構建以及量子通信網路路由協定設計三個方面開展研究工作。項目研究組根據網路信道和傳輸特徵，針對無線蜂窩結構量子通信網路和無線量子Mesh網路特點，對各要素進行劃分和特徵描述，抽象出相應的量子通信網路模型，為後續研究工作奠定基礎。基於逾滲模型對整個網路特性進行分析，計算糾纏粒子對產生和分發速率，提出分段量子信道建立方法提升信道建立效率。利用有限的糾纏粒子對分發節點最佳化網路的量子連通性，建立糾纏粒子對分發節點部署問題的數學模型，提出基於節點位置的最佳化算法和基於遺傳算法的改進最佳化算法來解決糾該數學問題，能夠大幅提升量子通信網路節點間的連通度。針對複雜的量子信道情況，提出運用不同糾纏粒子組合的多種量子態傳輸方案，引入輔助粒子增加傳輸成功率，減少開銷，提升量子信息傳輸品質，構建高連通，高品質，高效的量子傳輸網路。依據無線量子通信網路存在雙信道，拓撲複雜變化快等特點，以量子路徑最小跳數為基本路由度量值，綜合考慮節點剩餘粒子對數量等其他因素，設計了無線量子通信網路路由協定。本項目在無線量子通信網路組網、信息傳輸與信息路由方面進行了必要的理論探索和技術儲備，取得一定成果，共發表高水平學術論文9篇，其中SCI檢索論文8篇，國際會議論文1篇（EI檢索），申請發明專利3項，完成預定研究目標。雖然無線量子通信網路的研究目前仍處於基礎理論研究階段，缺乏實驗驗證環境，但是本項目產生的相關成果可以套用在傳統通信系統、量子隱形傳態、無線量子網路分析等其他領域，發揮作用產生效益。